NMCC 共同利用研究成果報文集 17(2010) 秋田県八郎潟干拓地に湧出する高濃度リン湧出水の地球化学的特徴川原谷浩 1 石山大三 1 世良耕一郎 2 1 秋田大学工学資源学研究科秋田市手形学園町 1-2 岩手医科大学サイクロトロンセンター岩手県岩手郡滝

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けいしょうおいもり
5 years ago
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1 秋田県八郎潟干拓地に湧出する高濃度リン湧出水の地球化学的特徴川原谷浩 1 石山大三 1 世良耕一郎 2 1 秋田大学工学資源学研究科秋田市手形学園町 1-2 岩手医科大学サイクロトロンセンター岩手県岩手郡滝沢村字留が森はじめに秋田県男鹿半島東側に位置する八郎潟は第二次世界大戦後食糧増産を目的に干拓事業が行われた 1960 年代後半までに 17,000ha の農地が造成され農業活動が現在も行われている 1980 年代以降干拓地内の農業排水を残存湖へ排出する施設の1つである南部排水機場南東側の地域において残存湖と隣接する干拓地のごく限られた区域でリン濃度が数 ~ 十数 ppm の湧出水が確認されるようになったこのリン濃度が高い湧出水について COD T-N T-P さらに主化学成分濃度の測定が定期的に行われ経年変化のモニタリングが行われている本研究ではボーリング孔より揚水した地下水 ( 高濃度リン湧出水 ) や周辺河川水の溶存成分である主化学成分や懸濁物成分の特徴を明らかにすることさらに酸素水素同位体比の結果から高濃度リン湧出水の起源の推定を行うことを目的とした 89

2 2 試料採取および測定試料の採取は 2009 年 9 月にボーリング孔から高濃度リン湧出水 ( 以下リン湧出水 ) 2010 年 10 月に八郎潟干拓地 ( 以下干拓地 ) 周辺の研究対象となる水試料の採水を実施した各水試料はリン湧出水が湧水する南部排水機場から南東方向約 1 キロ付近の異なるボーリング孔から揚水した地下水 (G1~G5 5 ヶ所深度 :2.5~8.2m) 干拓地から南部排水機場と北部排水機場を通じて八郎潟残存湖 ( 以下残存湖 ) へ排水される農業用水 (D1 D2 2 ヶ所 ) 残存湖湖水(L1~L3 3 ヶ所 ) 干拓地周辺河川水 (R1~R7 7 ヶ所 ) 残存湖西側の瀧の頭湧水 (S1 1 ヶ所 ) をそれぞれ採水した (Fig.1 Table 1) Fig.1 : Map showing sampling points around Hachirogata land reclamation area. 現地での試料採取時には水温 ph 酸化還元電位の測定を行った試料は 0.45μm のフィルターでろ過しアルカリ成分硫酸塩素などの主化学成分を測定するための試料の採水と微量成分を PIXE 法で測定するための試料に分けて採水を行った前者は無添加試料後者は試料溶液が 3% 硝酸溶液になるように現地で調整した PIXE 法による懸濁物成分 (0.45μm 以上 ) 分析試料はろ過で使用したポリカーボネートフィルターをそのまま自然乾燥させ使用した 0.45μm のフィルターを通過した試料は主化学成分 Na + K + Mg 2+ Ca 2+ Cl - 2- SO 4 濃度をイオンクロマトグラフ法その他の微量成分は試料溶液と等量の In(10ppm) 溶液を加えた混合溶液 10μl をホルダーに貼られたポリプロピレンフィルムに滴下し 80 で乾燥させた後 PIXE 法で分析した 90

3 Table 1 : List of concentrations of major element, suspended materials, and oxygen and hydrogen isotopic ratios obtained from the area studied. 3 溶存成分と懸濁物成分の特徴リン湧出水の ph は 7.9 から 9.0 の弱アルカリ性であるのに対してそれ以外の農業用水残存湖湖水周辺河川水の ph は 7.0 から 8.0 で中性 ~ 弱アルカリ性を示す溶存成分の主化学成分濃度は農業用水では Na + =61~63mg/l K + =6.7~8.6mg/l Mg 2+ =11~13mg/l Ca 2+ =20~26mg/l Cl - =79~85mg/l SO 2-4 =31~40mg/l 残存湖水では Na + =17~45mg/l K + =3.3~4.1mg/l Mg 2+ =5.1~7.3mg/l Ca 2+ =7.7~11mg/l Cl - =25~66mg/l SO 2-4 =12 ~20mg/l 周辺河川水では Na + =7.8~26mg/l K + =0.6~5.1mg/l Mg 2+ =2.3~7.1mg/l Ca 2+ =5.7~18mg/l Cl - =6.9 ~34mg/l SO 2-4 =6.3~25mg/l 湧水では Na + =19mg/l K + =2.3mg/l Mg 2+ =4.8mg/l Ca 2+ =13mg/l Cl - =22mg/l SO 2-4 =13mg/l をそれぞれ示すリン湧出水以外の各主化学成分濃度は Cl - 濃度を除けば北部排水機場からの農業用水 (D2) が最も高く馬場目川上流域杉沢発電所 (R2) の河川水が最も低い (Table 1) Fig.2 に Cl - 濃度に対する各主化学成分の濃度変化を示した Fig.2(a) の実線は真水と海水に含まれる各主化学成分の混合線を示すリン湧出水を除く他の試料の Na + 濃度は真水と農業用水のデータをむすんだ直線 ( 点線 ) 近くに分布ししかも真水と海水の混合線に近いところにもデータが分布するため Na の起源は海塩と農業用水と推定される K + Mg 2+ は直線的に分布するものの混合線より 2~4 倍程度濃度が高いところにデータが分布し Ca 2+ SO 2-4 は混合線より大きく外れるところにデータが分布するため非海塩起源の割合が高いと推定されるリ 91

4 ン湧出水の主化学成分濃度は Na + =60~250mg/l K + =4.1~10mg/l Mg 2+ =0.2~2.1mg/l Ca 2+ =0.1~ 4.7mg/l Cl - =34~69mg/l SO 2-4 =22~31mg/l を示す (Table 1) リン湧出水は先述したほかの水試料と比較して Na + K + 2- SO 4 濃度が高く Mg 2+ と Ca 2+ 濃度が低い特徴を示すまたリン湧出水の Cl - 濃度は深度が増すにつれ増加傾向を示し濃度範囲は残存湖水と類似する (Fig.2(a) (b)) Fig.2(b) はリン湧出水の Cl - 濃度と Na + 濃度の関係を示す図中の実線は真水と海水の混合線を示しているリン湧出水の Na + 濃度と Cl - 濃度との間に直線性はなく混合線より 2~4 倍程 Na + 濃度に Fig.2 : Relationship between the Cl- concentration and major element concentrations. (a) : river water, spring water, residual lake water and agricultural water (b) : high-phosphorus spring water 高いところにデータが分散する懸濁物成分は Al Si Fe を主成分とする (Table 1) 懸濁物成分の Al Si Fe 濃度は北部排水機場から排水する農業用水が最も高い南部排水機場からの農業用水 (D1) は Al Si Fe 濃度ともに L1 から L3 の 3 か所の残存湖水と同様な値を示す (Table 1) 農業用水と農業用水が排水される残存湖が非常に高い値を示すことから懸濁物成分は農業活動が主な要因と推定される一方リン湧出水のこれらの懸濁物成分の濃度は馬場目川上流域杉沢発電所 (R2) を除くと今回検討した試料水の中では低い 92

5 4 リン湧出水の起源と混合リン湧出水の起源と混合を推定するため各試料水の酸素水素同位体比を測定した測定した試料は先に述べたボーリング孔からのリン湧出水のほか農業用水残存湖水周辺河川水湧水である (Table1 Fig.3) 各水試料の酸素水素同位体比は天水ライン (δd=8δ 18 O+17) に沿ってデータが分布する農業用水は δd=-37~-45 δ 18 O=-6.6~-7.2 で測定した試料中最も酸素水素同位体比が高い残存湖水は δd=-43~-48 δ 18 O=-6.8~-7.7 周辺河 Fig.3 : Relationship between δ 18 O and δd values of water obtained from the area studied. 川水は δd=-43~-53 δ 18 O=-7.3~-8.7 湧水は δd =-50 δ 18 O=-8.6 をそれぞれ示すリン湧出水の酸素水素同位体比は δd=-47~-50 δ 18 O=-7.8~-8.3 で残存湖西側の野石橋 (L2) を除く残存湖水と馬場目川河川水の杉沢発電所 (R2) と竜馬橋 (R5) あけぼの橋(R7) を除く残存湖東側から南東側で比較的集水域の小さな河口付近の河川水と類似した同位体比を示す Fig.4 に水素同位体比と Cl - 濃度の関係図を示した図中 A 線は秋田大学で毎月採水されている降水の 10 年間の平均値 (δd=-54 Cl - =7mg/l 以下降水) と南部排水機場から排水する農業用水の混合線 B 線は降水と残存湖東側から南東側の河川水や残存湖水との混合線を示す馬場目川上流域杉沢発電所 (R2) の試料は降水と同様な水素同位体比と Cl - 濃度を示すリン湧出水は A 線上で直線的に分布し採取深度の深い GD(δD=-47 Cl - =54~69mg/l 深度 4.2~8.2m) と採取深度の浅い GS(δD=-49~-50 Cl - =35~40mg/l 深度 2.5~3.1m) に区別される採取深度の深い GD は残存湖南側の防潮水門の値 (L3) とほぼ一致する防潮水門は南部排水機場から残存 Fig.4 : Relationship between the δd values and Cl - concentrations of water obtained from the area studied. 93

6 湖へ排水する農業用水を水位調整し残存湖から日本海へ排水する施設である採取深度の深い GD のリン湧出水は農業用水が降水により希釈され形成した防潮水門周辺の湖水と同質のものと推定される採取深度の浅い GS のリン湧出水は採取深度の深い GD や農業用水が降水によりさらに希釈されたものと推定されるしたがってリン湧出水に関与する水は南部排水機場から排出する農業用水が降水により希釈されたものが起源と考えられる 5 まとめ八郎潟干拓地内南部排水機場南東部約 1 km付近で局所的に確認されるリン湧出水の地球化学的特徴と関与する水を検討した結果以下の結論を得た 1. リン湧出水の Cl - 濃度範囲は Cl - =34~69mg/l を示し残存湖水の Cl - =25~66mg/l と類似するまた他の試料水と比較して Na + K + 2- SO 4 濃度が高く Mg 2+ と Ca 2+ 濃度が低い傾向を示し特に Na + 濃度は高く Na + =87~250mg/l を示す 2. リン湧出水は南部排水機場から排出する農業用水が降水により希釈されたものが起源と考えられる農業用水の降水による希釈の程度は浅部では高く深部では低い 94

7 NMCC ANNUAL REPORT 17 (2010) Geochemical characteristics of high-phosphorus spring water in Hachirogata land reclamation area, Akita prefecture Hiroshi Kawaraya 1, Daizo Ishiyama 1 and Koichiro Sera 2 1 Faculty of Engineering and Resource Science, Akita University 1-1 Gakuen-Machi, Tegata, Akita , Japan 2 Cyclotron Research Center, Iwate Medical University Tomegamori Takizawa , Japan Abstract The purpose of this study was to clarify the geochemical characteristics of high-phosphorus spring water in Hachirogata land reclamation area, Akita Prefecture. Concentrations of major elements in the spring water and suspended materials over 0.45 μm in the water were measured using ion chromatography and the PIXE method. Cl - concentrations of the high-phosphorus spring water were mg/l, similar to the concentration range (25-66 mg/l) in Hachirogata residual lake water. Na +, K + and SO 2-4 concentrations in the spring water were high and Mg 2+ and Ca 2+ concentrations were low compared with concentrations in other water samples. The high-phosphorus spring water is thought to be derived from mixing of precipitation and agricultural water from a drainage pumping station in the southern part. The mixing ratio of precipitation to agricultural water (precipitation/agricultural water) is thought to be high for high-phosphorus spring water derived from shallow part and low for high-phosphorus spring water derived from deeper part. 95

(3) イオン交換水を 5,000rpm で 5 分間遠心分離し上澄み液 50μL をバッキングフィルム上で滴下乾燥し上澄み液バックグラウンドターゲットを作製した (4) イオン交換水に標準土壌 (GBW:Tibet Soil) を既知量加え十分混合し土壌混合溶液を作製した (5) 土

(3) イオン交換水を 5,000rpm で 5 分間遠心分離し上澄み液 50μL をバッキングフィルム上で滴下乾燥し上澄み液バックグラウンドターゲットを作製した (4) イオン交換水に標準土壌 (GBW:Tibet Soil) を既知量加え十分混合し土壌混合溶液を作製した (5) 土混入固形物が溶液試料に及ぼす影響 ( 吸引ろ過法と遠心分離法の比較 ) 二ツ川章二 ) 伊藤じゅん ) 斉藤義弘 ) 2) 世良耕一郎 ) ( 社 ) 日本アイソトープ協会滝沢研究所 020-073 岩手県岩手郡滝沢村滝沢字留が森 348 2) 岩手医科大学サイクロトロンセンター 020-073 岩手県岩手郡滝沢村滝沢字留が森 348. はじめに PIXE 分析法は簡単な試料調製法で高感度に多元素同時分析ができるという特徴を有している